人形机器人或将新突破！日本全球率先量产球形齿轮，中国紧跟其后

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据《日本经济新闻》15日报道，日本综合商社兼松最早将于2027年在全球首次量产球形齿轮。受托生产这种齿轮的兄弟工业旗下企业最近确立了量产工艺，并开始着手研发具体的设备零部件。球形齿轮的可动范围扩大，有望通过减少零部件数量来轻量化和省力化。有可能加快人型机器人及人造卫星的太阳能电池板等的进化速度。

报道称，自2022年起，兼松便开始与山形大学联合开发金属材质的球形齿轮。以前的球形齿轮由树脂材质制成，改为金属材质后耐用性大幅提升，使得用于工业零部件成为可能。
据介绍，球形齿轮由带有齿状凸起的球形零部件、以及两个与之啮合驱动球体旋转的“鞍形齿轮”（共3个零部件）共同构成一套可转动的结构。相比普通齿轮只能朝一个方向旋转，球形齿轮可实现360度朝上下、左右、前后任何方向无限制旋转。
不要小看了这项发明，齿轮几乎是所有机械设备传动系统的核心，从巨轮远航到钟表滴答，从工厂轰鸣到卫星翱翔，齿轮的身影无处不在，是现代工业体系正常运转的基础保障。因此创新性的球形齿轮如果投入实用化，以往需要组合多个传统齿轮才能实现的动作，可以用一个球形齿轮来代替，能够大幅减少设备的零部件数量、提高设备的可靠性，同时减轻驱动源的负荷，将对整个工业体系带来巨大的改变。
日媒以日常生活中最常见的相机云台为例，为实现上下、左右、前后3轴旋转，现在云台需要组合使用3个方向的框架，以后可以换成一个球形齿轮，能减轻约30%的重量。在更高端的应用领域，例如在维护条件受限的太空环境中，机械臂采用球形齿轮还有助于提升能源效率、降低故障风险。

在代表未来发展方向的人形机器人领域，球形齿轮的前景更为广阔。目前的机器人关节都是以谐波减速器和RV减速器为主，只能完成一个自由度的可控输出。而机器人关节一般都需要两个自由度同时动作，因此现在只能将两套谐波减速器和RV减速器组合安装来实现所需功能，体积大、重量大、传输力矩小、发热厉害，尤其对于目前最热的人形机器人，并不能完全满足需求。而球形齿轮能直接完成双旋转自由度的同步输出，实现更接近人类的动作，简化结构的同时还提高了效率。
或者说，球形齿轮能够让人形机器人的动作变得更加像人，而且更为可靠。
目前高性能人形机器人价格居高不下的原因之一，就卡在了它们的关节自由度问题上。尽管关节自由度直接决定了机器人的灵活性和拟人化程度——自由度越多，机器人能做的动作就越复杂、越精细，但这也意味着硬件数量会倍增，每个活动关节都需要电机、编码器、齿轮组合系统等进行驱动和支持。而能够极大简化结构的球形齿轮，显然有望在此方面发挥重要作用。

尽管当前日本可能率先推进球形齿轮的工业化量产，但中国近年来也在相关领域多有突破。据报道，位于西安的陕西华拓科技有限责任公司（以下简称“华拓科技”）在球形齿轮机器人关节方向最近已经取得了重大进展，他们在全国范围内首次自主设计并加工制造出了双旋转自由度球型齿轮机器人关节核心部件——球形齿轮，这标志着拥有中国自主知识产权的、高度灵活的仿生学机器人关节将在西安落地。
该公司研制的球形齿轮采用仿生学原理，与人体骨骼关节高度相似，可以完成双旋转自由度的直接输出，具有双旋转自由度直接精密控制、输出力矩大、体积小、重量轻等绝对优势，非常适合在机器人关节上广泛应用，尤其对于人形机器人的四肢、颈部、胯部和腿部应用上更是具有颠覆性技术优势和应用优势。这项技术的推广应用，将会对中国智能机器人产业发展起到关键的推动作用。
来源：钛时代

酷狗e族

技术质疑型

诛仙九妹

中国工程师能及时跟上创新。点赞👍👍。

wakeman

把新闻里的日本换成中国，中国换成印度，会不会有些担忧这是赢学宣传？

weili0677

可恶又被他抢先一步

ycp123

球形齿轮的核心优势是实现空间多自由度传动，缺点是结构复杂导致加工难度高、成本高，且承载能力和传动精度易受限制。

qqwa1234

目前的机器人关节都是以谐波减速器和RV减速器为主，只能完成一个自由度的可控输出。而机器人关节一般都需要两个自由度同时动作。球形齿轮能直接完成双旋转自由度的同步输出，实现更接近人类的动作，简化结构的同时还提高了效率。

standme

太复杂了，违背第一性原理

温馨阁

加油！伟大的中国科学家研究团队和中国的陕西西安华拓科技有限公司的珠形齿轮机器人关节科研团队，加油尽快生产推广应用。加油！！！[万众一心][烟花]

superjiaming

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